1. Classificazione e caratteristiche dei difetti di porosità
1.1. Porosità intrusiva (porosità localizzata):
Durante il trattamento termico del metallo fuso, i gas generati dallo stampo (o dall'anima) si infiltrano nel liquido del ferro, provocando porosità localizzate in alcune zone della fusione durante il processo di raffreddamento. È bene sottolineare che l'interazione tra il metallo fuso e la forma/anima avviene solo durante la fusione, consentendo ai gas prodotti dalla forma/anima ad elevate temperature di infiltrarsi nel liquido della ghisa. (Reazione fisica)
◆Caratteristiche della porosità dell'ingresso:
- Si manifesta come porosità localizzata che si verifica in specifiche regioni del getto.
- La superficie dei pori è relativamente liscia e si presenta come vuoti singoli o a nido d'ape.
- Il colore dei pori è bianco o può presentare uno strato scuro, occasionalmente ricoperto da una pellicina ossidata.
- Nel caso della ghisa a grafite nodulare/compatta, può emettere un odore che ricorda il carburo.Vedi Figura 1.
Porosità da ritiro:
- Presenta caratteristiche di ritiro e porosità.
- Fare riferimento alla Figura 2.
1.2 Porosità da precipitazione (porosità a setaccio):
I gas disciolti nel liquido formano pori durante il processo di raffreddamento poiché la loro solubilità diminuisce. Questi pori hanno spesso forme circolari, ellittiche o aghiformi. È fondamentale notare che la formazione di gas nel ferro liquido avviene durante le fasi di fusione e lavorazione. All'aumentare della temperatura del ferro liquido, aumenta la solubilità dei gas, con conseguente aumento del contenuto di gas a causa delle reazioni fisiche e chimiche durante il processo di fusione. (La presenza di gas all'interno del ferro liquido è una conseguenza delle reazioni fisiche e chimiche che coinvolgono tutte le sostanze che partecipano al processo di fusione).
Caratteristiche della porosità da precipitazione:
La caratteristica è che sono numerosi, dispersi e distribuiti in modo relativamente uniforme su tutta o su una parte significativa della sezione trasversale del getto. Vedere la Figura 3.
1.3 Porosità di reazione:
Porosità generata come conseguenza di reazioni chimiche tra il metallo fuso e l'interfaccia dello stampo. In questo processo il ferro liquido subisce una fase di raffreddamento, provocando la liberazione dei gas che rimangono intrappolati esclusivamente sulla superficie del getto.
Caratteristiche della porosità di reazione:
Questo tipo di porosità appare prevalentemente sulla superficie della fusione, a circa 1-3mm di distanza dalla superficie della fusione. Si presenta come una struttura densamente distribuita di pori piccoli e ravvicinati, che diventano più evidenti dopo il trattamento termico e la granigliatura. Tipicamente, questi pori presentano una forma aghiforme o simile a un girino. È anche conosciuta come porosità del sottosuolo. Vedere la Figura 4.
A. Tipo di scoria dell'agente sferoidizzante**
Caratteristiche del difetto: Sulla superficie della fusione compaiono depressioni sferiche contenenti inclusioni. Queste depressioni si verificano spesso vicino al sistema di accesso interno. La microscopia elettronica a scansione rivela superfici irregolari all'interno dei pori. L'analisi spettrale del contenuto dei pori rileva Si, Mg, Al, Ba e O. La presenza di Mg, che è specifica degli agenti sferoidizzanti, indica che le inclusioni sono scorie formate attraverso la partecipazione di agenti sferoidizzanti. I fori di spillo del gas CO risultano dalla reazione tra il carbonio nel ferro liquido e le scorie.
B. Tipo di scoria derivante dal difetto dell'inoculante Caratteristiche: La sezione trasversale presenta diverse depressioni. La microscopia elettronica a scansione e l'analisi spettrale rivelano superfici interne irregolari all'interno delle depressioni, insieme alla presenza di Si, Ca, Ba e O nelle inclusioni. Ba è un elemento unico dell'inoculante. Ciò indica che l'inoculante residuo di silicio-ferro forma scorie e la reazione tra il carbonio nel ferro liquido e l'ossido nelle scorie porta alla generazione di gas CO, causando difetti stenopeici. Causa: La fusione incompleta dell'inoculante durante il flusso provoca la formazione di scorie. Contromisure: utilizzare inoculanti secchi per evitare spruzzi del liquido di ferro e porosità delle scorie durante l'inoculazione.
C Difetto: Tipo di inclusioni di scorie e sabbia Aspetto del difetto: Depressioni multiple sulla superficie del getto vicino al canale di colata. La microscopia elettronica a scansione mostra la presenza di scorie e sabbia all'interno delle depressioni. L'analisi spettrale indica la presenza di Si, O, Al nella sabbia, ed elementi come Mg, Ce, Mn nelle scorie. Ciò suggerisce che il difetto si sia formato a causa dell'interazione tra l'inoculante e la sabbia. Soluzione: aumentare l'area della sezione trasversale del canale di colata e ridurre la velocità del flusso nel canale di colata.
D Difetto: Difetto dello stampo in sabbia indotto dall'umidità Aspetto del difetto: Depressioni sulla superficie del pezzo fuso dopo la lavorazione. La microscopia elettronica a scansione non rivela difetti all'interno delle depressioni. L'analisi spettrale mostra che gli elementi principali sono C, O, Si e Fe. Si tratta di un difetto stenopeico causato dal vapore acqueo generato dall'umidità nello stampo di tipo umido. Soluzione: ridurre il contenuto di umidità nella sabbia di stampaggio, migliorare la permeabilità della sabbia di stampaggio e aumentare la proporzione di polvere di carbone nella sabbia di stampaggio. Diminuire il contenuto di umidità della resina nel processo di produzione del nucleo della scatola fredda.
2.1 Analisi delle cause della porosità invasiva:
1. Ragioni della porosità invasiva:
- Progettazione irragionevole del sistema di colata, che porta a uno scarso scarico dei gas o alla formazione di vortici, con conseguente gas intrappolati durante il versamento.
- Eccessiva compattezza della forma della sabbia, riducendone la permeabilità.
- Scarico inadeguato del gas nell'anima di sabbia o ostruzione dei passaggi dell'aria.
- Elevato contenuto di umidità nella sabbia di stampaggio (nucleo). In condizioni climatiche umide, l'aria umida può essere assorbita dallo stampo/nucleo e reagire con il ferro fuso, provocando la generazione di una grande quantità di gas intrappolata nella cavità dello stampo.
- Contaminazione del supporto del nucleo e del nucleo in ferro con olio.
- Eccessiva presenza di sostanze volatili nella terra di formatura.
- Elevato contenuto di azoto (N) della resina nella sabbia rivestita, che porta alla decomposizione di NH3 e alla formazione di gas N e H.
- Versamento non uniforme, riempimento insufficiente con conseguente ingresso di una grande quantità di gas.
- Elevato contenuto di argilla nella sabbia di formatura, scarsa permeabilità, che provoca "soffi" sulla superficie del getto, considerata anche porosità invasiva.
2.2 Analisi delle cause della porosità:
1. Un elevato contenuto di gas, una forte corrosione e un eccessivo grasso superficiale nella carica del forno determinano un maggiore contenuto di gas nel ferro fuso.
2. Asciugatura insufficiente dello stampo in ghisa fusa.
3. Asciugatura insufficiente della lega.
4. Il silicio e gli elementi delle terre rare nella carica del forno possono facilmente generare fori di gas idrogeno, mentre l'alluminio o l'allumina possono generare gas.
5. Bassa temperatura di versamento, che impedisce al gas generato di avere abbastanza tempo per salire e fuoriuscire.
6. Versamento instabile.
7. Una temperatura elevata della sabbia superiore a 35 gradi o una temperatura interna elevata possono causare l'assorbimento di umidità sulla superficie della cavità dello stampo e un eccessivo contenuto di acqua nello strato superficiale.
8. Porosità di reazione: il gas prodotto dalla reazione chimica tra gli elementi chimici del ferro fuso e lo stampo/nucleo si infiltra nel liquido. I pori del gas si formano durante il processo di raffreddamento quando il gas non ha abbastanza tempo per essere rilasciato.
9. Elevato contenuto di magnesio residuo: un contenuto eccessivo di magnesio esacerba la tendenza all'assorbimento di idrogeno del ferro fuso. Un contenuto residuo di magnesio superiore a 0.0Il 5% nel ferro fuso può causare porosità da gas sottocutaneo. La ghisa duttile austenitica ad alto contenuto di nichel con un contenuto residuo di magnesio superiore allo 0,07% è più soggetta alla porosità da gas sottocutaneo.
10. Bassa temperatura di versamento.
11. Elevato contenuto di zolfo nel ferro fuso: quando il contenuto di zolfo supera 0,094%, si verifica porosità da gas sottocutaneo e maggiore è il contenuto di zolfo, più grave è la porosità da gas sottocutaneo.
12. Contenuto di terre rare: un contenuto eccessivo di terre rare aumenta il contenuto di ossido nel ferro fuso, portando ad un aumento dei nuclei di bolle estranee e della porosità del gas sottocutaneo. Il contenuto residuo di terre rare dovrebbe essere controllato entro 0,043%.
13. Contenuto di alluminio: l'alluminio presente nel ferro fuso è la causa principale della porosità da gas idrogeno nei getti. Quando il contenuto residuo di alluminio nella ghisa duttile di tipo umido è compreso tra il 0,03% e lo 0,05%, si verifica porosità da gas sottocutaneo.
14. Spessore della parete del pezzo fuso: i pezzi fusi a parete sottile e a sezione spessa sono meno soggetti alla porosità da gas sottocutanea.
15. Contenuto di umidità nella sabbia di formatura: con un aumento del contenuto di umidità, aumenta la tendenza della ghisa nodulare a produrre porosità da gas sottocutanea. Quando il contenuto di umidità nella sabbia di stampaggio è controllato al di sotto del 4,8%, il tasso di porosità del gas sottocutaneo si avvicina allo zero.
Inoltre, giocano un ruolo importante anche la compattezza della terra di formatura e la temperatura di colata.
Il vapore di magnesio che fuoriesce dal ferro fuso e il solfuro di magnesio sulla superficie del ferro fuso reagiscono con il vapore acqueo nello stampo come segue: Mg + H2O → MgO + 2[H] e MgS + H2O → MgO + H2O. I gas di idrogeno, ossido di magnesio e solfuro di magnesio generati possono potenzialmente infiltrarsi nella fusione attraverso la superficie del ferro fuso.
3.Metodi per prevenire difetti di porosità:
1. Prima dell'uso, pulire accuratamente la carica del forno per rimuovere il contenuto eccessivo di gas, la corrosione grave e il grasso superficiale.
2. Controllare rigorosamente la temperatura del ferro fuso quando viene estratto dal forno e durante il versamento. Evitare temperature di versamento eccessivamente basse.
3. Asciugare completamente il crogiolo del forno, la siviera e lo stampo in ferro fuso. Preriscaldare il mestolo prima dell'uso.
4. Preriscaldare adeguatamente gli agenti sferoidizzanti e gli inoculanti per ridurre la quantità di gas introdotta dalle terre rare e dal ferrosilicio.
5. Progettare correttamente il sistema di colata per garantire uno sfiato regolare all'interno della cavità dello stampo e un flusso costante nella cavità.
6. Garantire una compattezza uniforme della terra di formatura, evitando un'eccessiva tenuta.
7. Ridurre adeguatamente il contenuto di argilla nella sabbia del nucleo e aumentarne la permeabilità.
8. Garantire un'adeguata ventilazione del nucleo di sabbia e sigillare gli spazi tra i nuclei per evitare che ferro fuso entri e blocchi i passaggi dell'aria.
9. Posizionare le colonne montanti o le prese d'aria nei punti più alti del getto. Prestare attenzione allo sfiato durante la colata di getti di grandi dimensioni.
10. Inclinare leggermente il getto per getti piatti di grandi dimensioni, con i fori di sfiato posizionati leggermente più in alto per facilitare lo sfiato.
11. Asciugare e pulire le coroncine e i contenitori, assicurandosi che siano esenti da ruggine e contaminazione da olio.
12. Ridurre il contenuto di umidità nella sabbia di formatura, creare fessure di ventilazione sulle superfici di divisione e, se necessario, aumentare la quantità di polvere di carbone aggiunta.
13. Ridurre adeguatamente il contenuto del legante. Per le fusioni di grandi dimensioni, aggiungere materiali che aumentino la permeabilità, come la segatura.
14. Utilizzare granelli di sabbia rotondi per migliorare la permeabilità.
15. Ridurre il contenuto residuo di magnesio garantendo al tempo stesso una corretta nodularizzazione. Ridurre al minimo il contenuto di zolfo nel ferro fuso originale.
16. Controllare la temperatura della sabbia e versarla il prima possibile dopo aver chiuso lo stampo.
17. Utilizzare nuclei di sabbia essiccata per evitare l'assorbimento di umidità all'interno dello stampo. Non utilizzare nuclei di sabbia con forte assorbimento di umidità.
18. Spruzzare materiali carboniosi come olio di lingotti sulla superficie dello stampo per creare un'atmosfera riducente tra il ferro fuso e l'interfaccia dello stampo. Cospargere una piccola quantità di polvere di fluorite o fluoruro di sodio sull'interfaccia ferro fuso-stampo può ridurre o eliminare la porosità sottocutanea.
19. Aumentare opportunamente la temperatura di versamento in caso di pioggia.
20. Ridurre le inclusioni di solfuro di magnesio. Utilizzare ghisa a basso contenuto di zolfo o aggiungere una piccola quantità di carbonato di sodio durante il trattamento di sferoidizzazione per la desolforazione. Dopo la sferoidizzazione, scremare le scorie più volte e lasciarle riposare brevemente per consentire alle scorie MgS di galleggiare.
21. Controllare la temperatura di versamento. Per i pezzi fusi a pareti sottili, la temperatura non deve essere inferiore a 1320 gradi; per getti di spessore medio, non deve essere inferiore a 1300 gradi; per i componenti a pareti spesse come le piastre guida, non deve essere inferiore a 1280 gradi. La ghisa al silicio-molibdeno e la ghisa duttile austenitica ad alto contenuto di nichel richiedono temperature ancora più elevate.
